JP2006308277A

JP2006308277A - 水冷エンジンヒートポンプ

Info

Publication number: JP2006308277A
Application number: JP2006085594A
Authority: JP
Inventors: Michihiko Yamamoto; 道彦山本
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2005-03-29
Filing date: 2006-03-27
Publication date: 2006-11-09
Anticipated expiration: 2026-03-27
Also published as: JP5098196B2

Abstract

【課題】低温暖房での立ち上がりを早くできる水冷エンジンヒートポンプを提供する。
【解決手段】この水冷エンジンヒートポンプは、エンジン３と、その冷却水回路１と、コンプレッサ３と、冷媒回路４と、冷却水の熱を冷媒に伝える廃熱回収器６４と、冷却水の温度が所定値よりも低い低温運転状態において廃熱回収器６４に冷却水の送水を停止する停止手段６１とを持つ水冷エンジンヒートポンプであって、冷却水回路１は停止手段６１をバイパスして廃熱回収器６４に冷却水を送水するバイパス回路１５を有することを特徴とする。バイパス回路１５が設けられているので、冷却水温度が低い場合でも冷却水の熱が冷媒に受け渡され、冷媒低圧が低下しにくく冷媒低圧回避にならず、エンジン回転数を上昇でき、燃料消費量が増え、冷却水から冷媒に伝わる熱量が増加し、暖房能力が増大する。このため暖房低温時の立ち上がりがよい。
【選択図】図９

Description

本発明は、空調機等の室外機として使用される水冷エンジンヒートポンプに関する。

水冷エンジンによりコンプレッサを駆動する水冷エンジンヒートポンプは、暖房運転時にエンジンの廃熱を利用して冷媒を加熱できるという利点がある。しかし、冷却水より冷媒に熱を与えすぎると、冷却水が低温になり過ぎ、エンジンが過冷状態になる場合がある。その結果、エンジンの耐久性の低下、不安定な燃焼状態、ロス馬力の増加等の問題を生ずる。この解決策として、次の文献が知られている。
第２５１９４０９号特許公報

この文献では、エンジン冷却水温度が所定値よりも低い低温運転状態において、廃熱回収器での熱交換を停止させるサーモスタットを設けるようにしている。
この従来の廃熱回収装置では、エンジン冷却水温度が所定値よりも低い場合、エンジンの廃熱は利用されていない。このためエンジンの始動からしばらくの間は冷却水温度が所定値に達せず、冷却水の熱が利用されず低温暖房での立ち上がりまでに時間がかかるという問題があった。

本願発明は、上記の問題を解消するもので、冷却水の持つ熱をエンジン始動時から用い、低温暖房での立ち上がりを早くできる水冷エンジンヒートポンプを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段及び作用、効果

本発明の水冷エンジンヒートポンプは、水冷式のエンジンと該エンジンにより駆動される冷媒圧縮用のコンプレッサと冷媒用熱交換機と該エンジンの熱を冷媒に伝えるための廃熱回収装置とをもち、前記廃熱回収装置は前記エンジンを冷却するための冷却水回路と該コンプレッサにより圧縮される冷媒を循環する冷媒回路と該冷却水回路及び該冷媒回路に連結され該冷却水の熱を該冷媒に伝える廃熱回収器と該冷却水回路を循環する冷却水の温度が所定値よりも低い低温運転状態において該廃熱回収器への冷却水の送水を停止する停止手段とを持つ水冷エンジンヒートポンプであって、前記冷却水回路は前記停止手段をバイパスして前記廃熱回収器に冷却水を送水するバイパス回路を有することを特徴とする。

本発明の水冷エンジンヒートポンプでは、バイパス回路が設けられているので、エンジンを始動して暖房の立ち上がり時、冷却水温度が低い場合でも、冷却水の熱が冷媒に受け渡される。このため、冷媒低圧（コンプレッサ吸入側の冷媒圧力）が低下することを防止できる。冷媒低圧が低下しすぎたときにコンプレッサを高回転で回すとシステムが低圧異常停止となる。これを避けるためにコンプレッサを低回転で回す必要があり、そのためエンジンを最低回転数で回すことになる。この冷媒低圧が低下しすぎたときの動作を冷媒低圧回避という。冷媒低圧回避の状態となると、エンジンを最低回転数で回すことになるため冷却水温度の上昇が遅くなる。本発明では、上記のように、冷媒低圧が低下することを防止できるので、冷媒低圧回避にならず、エンジン回転数を上昇できる。エンジン回転数が上がると燃料消費量が増え、冷却水の温度が早く上昇する。冷却水の温度が上昇すると冷却水から冷媒に伝わる熱量が増加し、暖房能力が増大する。このため暖房低温時の立ち上がりがよい。

本発明の水冷エンジンヒートポンプは水冷式のエンジンとこのエンジンにより駆動される冷媒圧縮用のコンプレッサと冷媒用熱交換機とこのエンジンの熱を冷媒に伝えるための廃熱回収装置とをもつ。

水冷式のエンジンは水冷式の内燃機関、具体的には水冷式のディーゼルエンジン、水冷式のガソリンエンジン、水冷式のガスエンジン等が用いられる。この内燃機関は、冷媒のガス圧が所定値以下の場合には回転速度が低く抑えられるように制御されている。水冷式エンジンはエンジンのシリンダブロックを冷却するばかりでなく、排気ガスの熱を冷却水に取り込む排気ガス熱交換器及び／又はマニフォールド冷却装置を冷却するものでも良い。

冷媒圧縮用のコンプレッサは、ヒートポンプの心臓部にあたるもので、冷媒を断熱圧縮することにより冷媒のガス圧が増大すると共に冷媒の温度が高くなる。冷媒用熱交換機は暖房すべき部屋等に冷媒の熱を伝えるものである。暖房時にはコンプレッサで断熱圧縮され高温となった冷媒の熱が暖房する部屋内の空気あるいは部屋の空気等を暖房する水等に放熱される。

廃熱回収器は水冷式の内燃機関の冷却水の熱を冷媒に伝えるものである。この廃熱回収器により、冷却水の熱が冷媒に伝えられ、冷却水の温度は低下する。逆に熱をもらう冷媒の温度は高くなる。

なお、冷媒用熱交換機は特定の部屋等の暖房あるいは暖房と冷房に使用される室内用熱交換機として使用するものでもよい。

この冷媒用熱交換機と別に外部の熱源と冷媒との間で熱の交換を行う外部熱交換機を持つものでもよい。

本発明の水冷エンジンヒートポンプの廃熱回収装置は、エンジンを冷却するための冷却水回路と、コンプレッサにより圧縮される冷媒を循環する冷媒回路と、冷却水回路及び冷媒回路に連結される前記した廃熱回収器と、冷却水回路を循環する冷却水の温度が所定値よりも低い低温運転状態において廃熱回収器への冷却水の送水を停止する停止手段とを持つ。さらに、冷却水回路は停止手段をバイパスして廃熱回収器に冷却水を送水するバイパス回路を持つ。

停止手段は従来の水冷エンジンヒートポンプに設けられているものと同じもので、冷却水の温度が低い場合には、廃熱回収器に流れる冷却水を停止させるものである。これにより冷却水から冷媒に伝達される熱が無くなり、廃熱回収器の機能が停止する。すなわち、停止手段は廃熱回収器の機能を停止させ、冷却水の温度がエンジンの駆動により暖められるのを待つ機能を果たしている。

停止手段としては、従来と同じように、冷却水の温度が所定の低い温度の時に廃熱回収器に流れる冷却通路を閉じるサーモスタット弁、冷却水センサを持つ電磁弁等の開閉弁を使用することができる。

本発明の水冷エンジンヒートポンプの廃熱回収装置は、この停止手段をバイパスするバイパス回路を持つ。このためバイパス回路により常にエンジンの冷却水は廃熱回収器に流れるようになっている。なお、冷却水の温度が所定値以上になった場合には停止手段が解除され、多量の冷却水が廃熱回収装置に流れ込む。当然にバイパス回路からも冷却水は廃熱回収器に流れる。

なお、バイパス回路は冷却水の一部をバイパスさせるものが好ましい。このため多量の冷却水がバイパスされないように水量を規制する水路抵抗を持つものとするのが好ましい。これによってエンジンの冷却水が低温になり過ぎ、エンジンが過冷状態になることを抑制することが出きる。その場合、冷却水の温度が所定値よりも低い低温運転状態におけるバイパス回路を流れる流量が全体の流量に対し２〜５０％であるように水路抵抗を設定することが好ましく、より好ましくは５〜３０％、さらに好ましくは５〜１５％であると良い。

本発明に係る停止手段は所定の低温で弁を開閉する低温弁とし、本発明に係る冷却水回路は、さらにラジエータとこのラジエータへの冷却水の送水の開閉を所定の低温より高い所定の高温で弁を開閉する高温弁とをもつものとすることができる。

冷却水が所定の低温より低い場合は本発明の停止手段となる低温弁が閉じ、低温弁を介して冷却水が廃熱回収器に流れ込むことはない。しかしパイパス回路を介して冷却水の一部が廃熱回収器に流れ込む。冷却水が所定の低温より低い場合、冷却水は所定の高温より当然に低く、ラジエータには冷却水が流れ込まない。

冷却水温度が所定の低温より高く所定の高温より低い場合、冷却水は廃熱回収器に低温弁及びバイパス回路の両方から流れ込む。この場合も冷却水はラジエータには流れこまない。

冷却水温度が所定の高温より高い場合、低温弁及び高温弁は共に開く。この場合、廃熱回収器にはバイパス回路及び低温弁を介して冷却水が流れ込み、ラジエータには高温弁を介して冷却水が流れ込む。

なお、本発明に係る低温弁及び高温弁はそれぞれ具体的な個々の開閉弁を意味するものではなく、低温弁は廃熱回収器に流れ込む冷却水を開閉する機能を持つ弁手段を言う。従って、低温弁は、実際は１個の開閉弁で構成される場合も、２個以上の複数の開閉弁で構成される場合もあり得る。同様に、高温弁はラジエータに流れ込む冷却水を開閉する機能を持つ弁手段を言い、高温弁も、実際は１個の開閉弁で構成される場合も、２個以上の複数の開閉弁で構成される場合もあり得る。さらに、低温弁は、冷却水が流れる通路を切り替える切替弁で構成される場合もあり得る。例えば、低温弁として、冷却水全量を吸入する全量吸入口（吸入口）と、第１の温度より低い温度で全量吸入口から吸入された冷却水の全量を排出する低温排出口（低温口）と、前記第１の温度以上である第２の温度以上の温度で全量吸入口から吸入された冷却水の全量を排出する高温排出口（高温口）を持つものが例示される。また、低温弁として、冷却水全量を排出する全量排出口（排出口）と、第１の温度より低い温度で全量排出口から排出する冷却水の全量を吸入する低温吸入口（低温口）と、前記第１の温度以上である第２の温度以上の温度で全量排出口から排出する冷却水の全量を吸入する高温吸入口（高温口）を持つものが例示される。これらの第１の温度、第２の温度は同一の温度であってもよい。この場合、その温度を境として冷却水が流れる通路（低温口側または高温口側）を完全に切り替えるものである。高温弁も、冷却水が流れる通路を切り替える切替弁で構成される場合もあり得る。高温弁の場合、第３の温度が低温弁の第１の温度に相当し、第４の温度が低温弁の第２の温度に相当することが異なる以外、低温弁と同様のものが例示される。第３の温度、第４の温度は、第１の温度、第２の温度のいずれの温度よりも高く設定されている。

係る開閉弁としては、従来から知られているサーモスタット弁、温度センサを備えた電磁弁等を採用することができる。

具体的な冷却水回路は、図１〜図８に示すものとすることができる。

図１に示す冷却水回路は、エンジン２の冷却水吐出口２５と低温弁６１の全量吸入口６１０とを結ぶ供給通路１１と、この低温弁６１の低温排出口６１４とエンジン２の冷却水吸入口２６とを結ぶ回収通路１２と、低温弁６１の高温排出口６１５と高温弁６２の全量吸入口６２０とを結ぶ第二供給通路１１０と、廃熱回収器６４を通り高温弁６２の低温排出口６２４と回収通路１２とを結ぶ廃熱回収通路１３と、ラジエータ６３を通り高温弁６２の高温排出口６２５と回収通路１２とを結ぶラジエータ通路１４と、供給通路１１と廃熱回収器６４の供給口６４１とを結ぶバイパス通路１５とで構成されている。

低温弁６１は、冷却水を吸入する全量吸入口６１０と、第１の温度より低い温度で全量吸入口６１０から吸入された冷却水の全量を排出する低温排出口６１４と、第１の温度より高い第２の温度以上の温度で全量吸入口６１０から吸入された冷却水の全量を排出する高温排出口６１５とを備えており、高温弁６２は、冷却水を吸入する全量吸入口６２０と、第３の温度より低い温度で全量吸入口６２０から吸入された冷却水の全量を排出する低温排出口６２４と、第３の温度より高い第４の温度以上の温度で全量吸入口６２０から吸入された冷却水の全量を排出する高温排出口６２５とを備えている。ここで第３および第４の温度（所定の高温）は、第１および第２の温度（所定の低温）より高く設定されている。すなわち第３の温度は第２の温度より高く設定されている。

この冷却水回路は、エンジン２の水ポンプ６５が稼働している場合には、冷却水の水温の如何に関わらず冷却水はバイパス通路１５を通って廃熱回収器６４に流れ込む。冷却水温度が所定の低温より高く所定の高温より低い場合（第２の温度より高く第３の温度より低い場合）は、供給通路１１と第二供給通路１１０を通って、廃熱回収通路１３に流れ込み、廃熱回収器６４はバイパス通路１５及び廃熱回収通路１３の両通路から冷却水の供給を受ける。しかし、高温弁６２でラジエータ通路１４は閉ざされ、ラジエータ６３には冷却水が流れない。冷却水の温度が所定値（第１温度）よりも低い場合には、低温弁６１の吸入口６１０に吸入された冷却水の全量が低温口６１１から排出され、冷却水はバイパス通路（バイパス回路）１５だけを通って廃熱回収器６４に流れ込む。すなわち、バイパス通路１５がない場合、廃熱回収器６４への冷却水の送水は停止される。したがって、低温弁６１は、冷却水の温度が所定値（第１温度）よりも低い低温運転状態において廃熱回収器６４への冷却水の送水は停止する停止手段となっている。

図２に示す冷却水回路は、エンジン２の冷却水吐出口２５と低温弁６１の全量吸入口６１０とを結ぶ供給通路１１と、低温弁６１の低温排出口６１４とエンジン２の冷却水吸入口２６とを結ぶ回収通路１２と、廃熱回収器６４を通り低温弁６１の高温排出口６１５と高温弁６２の低温吸入口６２１とを結ぶ廃熱回収通路１３と、ラジエータ６３を通り低温弁６１の高温排出口６１５と高温弁６２の高温吸入口６２２とを結ぶラジエータ通路１４と、高温弁６２の全量排出口６２３と回収通路１２とを結ぶ第二回収通路１２０と、供給通路１１と廃熱回収器６４の供給口６４１とを結ぶ第一バイパス通路１５と廃熱回収器６４の流出口６４２と回収通路１２及び第二回収通路１２０のいずれか一方とを結ぶ第二バイパス通路１５０とからなる。

低温弁６１は、冷却水を吸入する全量吸入口６１０と、第１の温度より低い温度で全量吸入口６１０から吸入された冷却水の全量を排出する低温排出口６１４と、第１の温度より高い第２の温度以上の温度で全量吸入口６１０から吸入された冷却水の全量を排出する高温排出口６１５とを備えており、高温弁６２は、冷却水を排出する全量排出口６２３と、第３の温度より低い温度で全量排出口６２３から排出する冷却水の全量を吸入する低温吸入口６２１と、第３の温度以上である第４の温度以上の温度で全量排出口６２３から排出する冷却水の全量を吸入する高温吸入口６２２とを備えている。ここで第３および第４の温度（所定の高温）は、第１および第２の温度（所定の低温）より高く設定されている。すなわち第３の温度は第２の温度より高く設定されている。

図２の冷却水回路は図１の冷却水回路と低温弁６１及び高温弁６２の使用態様が異なる。しかし、冷却水の温度により廃熱回収器６４、ラジエータ６３に流れる冷却水の流れは図１の冷却水回路と同じである。すなわち、この冷却水回路は、エンジン２の水ポンプ６５が稼働している場合には、冷却水の水温の如何に関わらず冷却水は第一バイパス通路（バイパス回路）１５を通って廃熱回収器６４に流れ込む。冷却水温度が所定の低温より高く所定の高温より低い場合（第２の温度より高く第３の温度より低い場合）は、供給通路１１と廃熱回収通路１３を通って、廃熱回収器６４に流れ込む。しかし、高温弁６２でラジエータ通路１４は閉ざされ、ラジエータ６３には冷却水が流れない。冷却水の温度が所定値（第１温度）よりも低い場合には、低温弁６１の全量吸入口６１０に吸入された冷却水の全量が低温排出口６１４から排出され、冷却水はバイパス通路１５だけを通って廃熱回収器６４に流れ込む。すなわち、バイパス通路１５がない場合、廃熱回収器６４への冷却水の送水は停止される。したがって、低温弁６１は、冷却水の温度が所定値（第１温度）よりも低い低温運転状態において廃熱回収器６４への冷却水の送水は停止する停止手段となっている。

図３の冷却水回路は、エンジン２の冷却水吐出口２５と高温弁６２の全量吸入口６２０とを結ぶ供給通路１１と、高温弁６２の低温排出口６２４と低温弁６１の全量吸入口６１０とを結ぶ第二供給通路１１０と、低温弁６１の低温排出口６１４とエンジン２の冷却水吸入口２６とを結ぶ回収通路１２と、廃熱回収器６４を通り低温弁６１の高温排出口６１５と回収通路１２とを結ぶ廃熱回収通路１３と、ラジエータ６３を通り高温弁６２の高温排出口６２５と回収通路１２とを結ぶラジエータ通路１４と、供給通路１１と廃熱回収器６４の供給口６４１とを結ぶバイパス通路１５とで構成されている。

低温弁６１は、冷却水を吸入する全量吸入口６１０と、第１の温度より低い温度で全量吸入口６１０から吸入された冷却水の全量を排出する低温排出口６１４と、第１の温度以上である第２の温度以上の温度で全量吸入口６１１から吸入された冷却水の全量を排出する高温排出口６１５とを備えており、高温弁６２は、冷却水を吸入する全量吸入口６２０と、第３の温度より低い温度で全量吸入口６２０から吸入された冷却水の全量を排出する低温排出口６２４と、第３の温度以上である第４の温度以上の温度で全量吸入口６２０から吸入された冷却水の全量を排出する高温排出口６２５とを備えている。

図３の冷却水回路は、図１及び図２の冷却水回路と低温弁６１及び高温弁６２の使用態様が異なる。しかし、冷却水の温度により廃熱回収器６４、ラジエータ６３に流れる冷却水の流れは図１及び図２の冷却水回路と同じである。すなわち、この冷却水回路は、エンジン２の水ポンプ６５が稼働している場合には、冷却水の水温の如何に関わらず冷却水はバイパス通路（バイパス回路）１５を通って廃熱回収器６４に流れ込む。冷却水温度が所定の低温より高く所定の高温より低い場合（第２の温度より高く第３の温度より低い場合）は、供給通路１１と第二供給通路１１０を通って、廃熱回収通路１３に流れ込み、廃熱回収器６４はバイパス通路１５及び廃熱回収通路１３の両通路から冷却水の供給を受ける。しかし、高温弁６２でラジエータ通路１４は閉ざされ、ラジエータ６３には冷却水が流れない。冷却水の温度が所定値（第１温度）よりも低い場合には、低温弁６１の全量吸入口６１０に吸入された冷却水の全量が低温排出口６１４から排出され、冷却水はバイパス通路１５だけを通って廃熱回収器６４に流れ込む。すなわち、バイパス通路１５がない場合、廃熱回収器６４への冷却水の送水は停止される。したがって、低温弁６１は、冷却水の温度が所定値（第１温度）よりも低い低温運転状態において廃熱回収器６４への冷却水の送水は停止する停止手段となっている。

図４に示す冷却水回路は、エンジン２の冷却水吐出口２５と高温弁６２の全量吸入口６２０とを結ぶ供給通路１１と、高温弁６２の低温排出口６２４と低温弁６１の低温吸入口６１１とを結ぶ第二供給通路１１０と、低温弁６１の全量排出口６１３とエンジン２の冷却水吸入口２６とを結ぶ回収通路１２と、廃熱回収器６４を通り第二供給通路１１０と低温弁６１の高温吸入口６１２とを結ぶ廃熱回収通路１３と、ラジエータ６３を通り高温弁６２の高温排出口６２５と低温弁６１の高温吸入口６１２とを結ぶラジエータ通路１４と、供給通路１１と第二供給通路１１０とを結ぶ第一バイパス通路１５と、廃熱回収器６４の下流側の廃熱回収通路１３と回収通路１２とを結ぶ第二バイパス通路１５０とから構成されている。

低温弁６１は、冷却水を排出する全量排出口６１３と、第１の温度より低い温度で全量排出口６１３から排出する冷却水の全量を吸入する低温吸入口６１１と、第１の温度以上である第２の温度以上の温度で全量排出口６１３から排出する冷却水の全量を吸入する高温吸入口６１２とを備えており、高温弁６２は、冷却水を吸入する全量吸入口６２０と、第３の温度より低い温度で全量吸入口６２０から吸入された冷却水の全量を排出する低温排出口６２４と、第３の温度以上である第４の温度以上の温度で全量吸入口６２０から吸入された冷却水の全量を排出する高温排出口６２５とを備えている。

図４の冷却水回路は、図１〜図３の冷却水回路と低温弁６１及び高温弁６２の使用態様が異なる。しかし、冷却水の温度により廃熱回収器６４、ラジエータ６３に流れる冷却水の流れは図１〜図３の冷却水回路と同じである。すなわち、この冷却水回路は、エンジン２の水ポンプ６５が稼働している場合には、冷却水の水温の如何に関わらず冷却水は第一バイパス通路１５と第二バイパス通路（バイパス回路）１５０を通って廃熱回収器６４を流れる。冷却水温度が所定の低温より高く所定の高温より低い場合（第２の温度より高く第３の温度より低い場合）は、供給通路１１と廃熱回収通路１３を通って、廃熱回収器６４に流れ込む。しかし、高温弁６２でラジエータ通路１４は閉ざされ、ラジエータ６３には冷却水が流れない。冷却水の温度が所定値（第１温度）よりも低い場合には、低温弁６１の高温吸入口６１２は遮断されており、廃熱回収通路１３に流れ込んだ冷却水は第二バイパス通路１５０だけを通って回収通路１２に送られる。すなわち、第二バイパス通路１５０がない場合、廃熱回収器６４への冷却水の送水は停止される。したがって、低温弁６１は、冷却水の温度が所定値（第１温度）よりも低い低温運転状態において廃熱回収器６４への冷却水の送水は停止する停止手段となっている。

図５に示す冷却水回路は、エンジン２の冷却水吐出口２５と低温弁６１の低温吸入口６１１とを結ぶ供給通路１１と、低温弁６１の全量排出口６１３とエンジン２の冷却水吸入口２６とを結ぶ回収通路１２と、廃熱回収器６４を通り供給通路１１と高温弁６２の低温吸入口６２１とを結ぶ廃熱回収通路１３と、ラジエータ６３を通り供給通路１１と高温弁６２の高温吸入口６２２とを結ぶラジエータ通路１４と、高温弁６２の全量排出口６２３と低温弁６１の高温吸入口６１２とを結ぶ第二回収通路１２０と、廃熱回収器６４の下流側の廃熱回収通路１３と回収通路１２とを結ぶバイパス通路１５とから構成されている。

低温弁６１は、冷却水を排出する全量排出口６１３と、第１の温度より低い温度で全量排出口６１３から排出する冷却水の全量を吸入する低温吸入口６１１と、第１の温度以上である第２の温度以上の温度で全量排出口６１３から排出する冷却水の全量を吸入する高温吸入口６１２とを備えており、高温弁６２は、冷却水を排出する全量排出口６２３と、第３の温度より低い温度で全量排出口６２３から排出する冷却水の全量を吸入する低温吸入口６２１と、第３の温度以上である第４の温度以上の温度で全量排出口６２３から排出する冷却水の全量を吸入する高温吸入口６２２とを備えている。

図５の冷却水回路は、図１〜図４の冷却水回路と低温弁６１及び高温弁６２の使用態様が異なる。しかし、冷却水の温度により廃熱回収器６４、ラジエータ６３に流れる冷却水の流れは図１〜図４の冷却水回路と同じである。すなわち、この冷却水回路は、エンジン２の水ポンプ６５が稼働している場合には、冷却水の水温の如何に関わらず、廃熱回収器６４を通過した冷却水はバイパス通路（バイパス回路）１５を通って流れる。冷却水温度が所定の低温より高く所定の高温より低い場合（第２の温度より高く第３の温度より低い場合）は、廃熱回収器６４を通過した冷却水は廃熱回収通路１３と第二回収通路１２０を通っても流れる。しかし、高温弁６２でラジエータ通路１４は閉ざされ、ラジエータ６３には冷却水が流れない。冷却水の温度が所定値（第１温度）よりも低い場合には、低温弁６１の高温吸入口６１２は遮断されており、廃熱回収通路１３に流れ込んだ冷却水はバイパス通路１５だけを通って回収通路１２に送られる。すなわち、バイパス通路１５がない場合、廃熱回収器６４への冷却水の送水は停止される。したがって、低温弁６１は、冷却水の温度が所定値（第１温度）よりも低い低温運転状態において廃熱回収器６４への冷却水の送水は停止する停止手段となっている。

図６に示す冷却水回路は、エンジン２の冷却水吐出口２５と低温弁６１の低温吸入口６１１とを結ぶ供給通路１１と、供給通路１１と高温弁６２の全量吸入口６２０とを結ぶ第二供給通路１１０と、低温弁６１の全量排出口６１３とエンジン２の冷却水吸入口２６とを結ぶ回収通路１２と、廃熱回収器６４を通り高温弁６２の低温排出口６２４と低温弁６１の高温吸入口６１２とを結ぶ廃熱回収通路１３と、ラジエータ６３を通り高温弁６２の高温排出口６２５と低温弁６１の高温吸入口６１２とを結ぶラジエータ通路１４と、供給通路１１と廃熱回収器６４の上流側の廃熱回収通路１３とを結ぶ第一バイパス通路１５と廃熱回収器６４の下流側の廃熱回収通路１５と回収通路１２とを結ぶ第二バイパス通路１５０とから構成されている。

図６の冷却水回路は、図１〜図５の冷却水回路と低温弁６１及び高温弁６２の使用態様が異なる。しかし、冷却水の温度により廃熱回収器６４、ラジエータ６３に流れる冷却水の流れは図１〜図５の冷却水回路と同じである。すなわち、この冷却水回路は、エンジン２の水ポンプ６５が稼働している場合には、冷却水の水温の如何に関わらず冷却水は第一バイパス通路１５と第二バイパス通路（バイパス回路）１５０を通って廃熱回収器６４を流れる。冷却水温度が所定の低温より高く所定の高温より低い場合（第２の温度より高く第３の温度より低い場合）は、第二供給通路１１０と廃熱回収通路１３を通って、廃熱回収器６４に流れ込む。しかし、高温弁６２でラジエータ通路１４は閉ざされ、ラジエータ６３には冷却水が流れない。冷却水の温度が所定値（第１温度）よりも低い場合には、低温弁６１の高温吸入口６１２は遮断されており、廃熱回収通路１３に流れ込んだ冷却水は第二バイパス通路１５０だけを通って回収通路１２に送られる。すなわち、第二バイパス通路１５０がない場合、廃熱回収器６４への冷却水の送水は停止される。したがって、低温弁６１は、冷却水の温度が所定値（第１温度）よりも低い低温運転状態において廃熱回収器６４への冷却水の送水は停止する停止手段となっている。

図７に示す冷却水回路は、エンジン２の冷却水吐出口２５と低温弁６１の低温吸入口６１１とを結ぶ供給通路１１と、低温弁６１の全量排出口６１３と高温弁６２の低温吸入口６２１とを結ぶ第二回収通路１２０と、高温弁６２の全量排出口６２３とエンジン２の冷却水吸入口２６とを結ぶ回収通路１２と、廃熱回収器６４を通り供給通路１１と低温弁６１の高温吸入口６１２とを結ぶ廃熱回収通路１３と、ラジエータ６３を通り供給通路１１と高温弁６２の高温吸入口６２２とを結ぶラジエータ通路１４と、廃熱回収器６４の下流側の廃熱回収通路１３と回収通路１２とを結ぶバイパス通路１５とから構成されている。

図７の冷却水回路は、図１〜図６の冷却水回路と低温弁６１及び高温弁６２の使用態様が異なる。しかし、冷却水の温度により廃熱回収器６４、ラジエータ６３に流れる冷却水の流れは図１〜図６の冷却水回路と同じである。すなわち、この冷却水回路は、エンジン２の水ポンプ６５が稼働している場合には、冷却水の水温の如何に関わらず冷却水は供給通路１１、バイパス通路（バイパス回路）１５を通って廃熱回収器６４を流れる。冷却水温度が所定の低温より高く所定の高温より低い場合（第２の温度より高く第３の温度より低い場合）は、供給通路１１と廃熱回収通路１３、第二回収通路１２０を通って、廃熱回収器６４を流れる。しかし、高温弁６２でラジエータ通路１４は閉ざされ、ラジエータ６３には冷却水が流れない。冷却水の温度が所定値（第１温度）よりも低い場合には、低温弁６１の高温吸入口６１２は遮断されており、廃熱回収通路１３に流れ込んだ冷却水はバイパス通路１５だけを通って回収通路１２に送られる。すなわち、バイパス通路１５がない場合、廃熱回収器６４への冷却水の送水は停止される。したがって、低温弁６１は、冷却水の温度が所定値（第１温度）よりも低い低温運転状態において廃熱回収器６４への冷却水の送水は停止する停止手段となっている。

図８に示す冷却水回路は、エンジン２の冷却水吐出口２５と低温弁６１の全量吸入口６１０とを結ぶ供給通路１１と、低温弁６１の低温排出口６１４とエンジン２の冷却水吸入口２６とを結ぶ回収通路１２と、廃熱回収器６４を通り供給通路１１と高温弁６２の低温吸入口６２１とを結ぶ廃熱回収通路１３と、ラジエータ６３を通り供給通路１１と高温弁６２の高温吸入口６２２とを結ぶラジエータ通路１４と、高温弁６２の全量排出口６２３と回収通路１２とを結ぶ第二回収通路１２０と、供給通路１１と廃熱回収器６４の上流側の廃熱回収通路１３とを結ぶ第一バイパス通路１５と、廃熱回収器６４の下流側の廃熱回収通路１３と回収通路１２とを結ぶ第二バイパス通路１５０とから構成されている。

低温弁６１は、冷却水を吸入する全量吸入口６１０と、第１の温度より低い温度で全量吸入口６１０から吸入された冷却水の全量を排出する低温排出口６１４と、第１の温度以上である第２の温度以上の温度で全量吸入口６１０から吸入された冷却水の全量を排出する高温排出口６１５とを備えており、高温弁６２は、冷却水を排出する全量排出口６２３と、第３の温度より低い温度で全量排出口６２３から排出する冷却水の全量を吸入する低温吸入口６２１と、第３の温度以上である第４の温度以上の温度で全量排出口６２３から排出する冷却水の全量を吸入する高温吸入口６２２とを備えている。

図８の冷却水回路は、図１〜図７の冷却水回路と低温弁６１及び高温弁６２の使用態様が異なる。しかし、冷却水の温度により廃熱回収器６４、ラジエータ６３に流れる冷却水の流れは図１〜図７の冷却水回路と同じである。すなわち、この冷却水回路は、エンジン２の水ポンプ６５が稼働している場合には、冷却水の水温の如何に関わらず冷却水は供給通路１１、第一バイパス通路（バイパス回路）１５を通って廃熱回収器６４に流れ込む。冷却水温度が所定の低温より高く所定の高温より低い場合（第２の温度より高く第３の温度より低い場合）は、供給通路１１と廃熱回収通路１３を通って廃熱回収器６４を流れる。しかし、高温弁６２でラジエータ通路１４は閉ざされ、ラジエータ６３には冷却水が流れない。冷却水の温度が所定値（第１温度）よりも低い場合には、低温弁６１の高温排出口６１５は遮断されており、冷却水はバイパス通路１５だけを通って廃熱回収器６４に流れ込む。すなわち、バイパス通路１５がない場合、廃熱回収器６４への冷却水の送水は停止される。したがって、低温弁６１は、冷却水の温度が所定値（第１温度）よりも低い低温運転状態において廃熱回収器６４への冷却水の送水は停止する停止手段となっている。

以下、本発明の水冷エンジンヒートポンプの実施例を説明する。

本実施例の水冷エンジンヒートポンプの基本構成図を図９に示す。この水冷エンジンヒートポンプは、水冷式ガスエンジン２とこのエンジン２を冷却する冷却水回路１と、このエンジン２で駆動される２台のコンプレッサ３とコンプレッサ３により圧縮された冷媒が流れる冷媒回路４とからなる。

ガスエンジン２はシリンダ容積９５０ｃｃの天然ガスを燃料とするもので、出力プーリー２１、マニホールド冷却装置２２，排気ガス熱交換機２３及び排気管２４とを備えている。このガスエンジン２は、後で説明する冷媒回路４の冷媒の温度が低い場合にガスエンジン２の回転数を低くするような制御部を持つ。

冷却水回路１は低温弁６１と高温弁６２とラジエータ６３と廃熱回収器６４とウオータポンプ６５とブレッシャキャップ６７とリザーブ６８及びマニホールド冷却装置２２、排気ガス熱交換器２３とを結ぶものである。低温弁６１は、冷却水を吸入する全量吸入口６１０と、第１の温度より低い温度で全量吸入口６１０から吸入された冷却水の全量を排出する低温排出口６１４と、第１の温度より高い第２の温度以上の温度で全量吸入口６１０から吸入された冷却水の全量を排出する高温排出口６１５とを備えている。高温弁６２は、冷却水を吸入する全量吸入口６２０と、第３の温度より低い温度で全量吸入口６２０から吸入された冷却水の全量を排出する低温排出口６２４と、第３の温度より高い第４の温度以上の温度で全量吸入口６２０から吸入された冷却水の全量を排出する高温排出口６２５とを備えている。回路としては、ガスエンジン２の冷却水吐出口２５と低温弁６１の全量吸入口６１０とを結ぶ供給通路１１と、この低温弁６１の低温排出口６１４とガスエンジン２の冷却水吸入口（図示せず）とを結ぶ回収通路１２と、低温弁６１の高温排出口６１５と高温弁６２の全量吸入口６２０とを結ぶ第二供給通路１１０と、廃熱回収器６４を通り高温弁６２の低温排出口６２４と、回収通路１２とを結ぶ廃熱回収通路１３と、ラジエータ６３を通り高温弁６２の高温排出口６２５と回収通路１２を結ぶラジエータ通路１４と、ブレッシャキャップ６７を介して回収通路１２とリザーブ６８とを結ぶリザーブ通路１８と、供給通路１１と廃熱回収器６４の供給口６４１とを結ぶバイパス通路１５とからなる。バイパス通路１５には水路抵抗１６が設けられている。水路抵抗１６は、冷却水の温度が所定値（第１の温度）よりも低い低温運転状態において、バイパス回路１５を流れる流量が全体の流量（エンジン２の冷却水吐出口２５から送出される流量）に対し１０％であるように設定されている。

低温弁６１及び高温弁６２は共にサーモスタット弁で、サーモスタットが冷却水の温度により加熱又は冷却されて熱膨張あるいは熱収縮して弁を駆動するものである。第１の温度は６０℃、第２の温度は６５℃、第３の温度は７０℃、第４の温度は７５℃にそれぞれ設定されている。つまり、第３および第４の温度（所定の高温）は、第１および第２の温度（所定の低温）より高く設定されている。すなわち第３の温度は第２の温度より高く設定されている。

低温弁６１は６０℃より低い冷却水温度でその全量吸入口６１０と低温排出口６１４とを開き連通し、全量吸入口６１０と高温排出口６１５とを閉じる。この状態で全量吸入口６１０から吸入された冷却水の全量は低温排出口６１４に流れる。そして冷却水温度が６０℃以上になると、逆に、その全量吸入口６１０と低温排出口６１４とを閉じ始め、全量吸入口６１０と高温排出口６１５とを開き初めて連通させる。この状態では全量吸入口６１０から吸入された冷却水は低温排出口６１４に流れるとともに高温排出口６１５にも流れる。さらに６５℃以上で、その全量吸入口６１０と低温排出口６１４とを全て閉じ、全量吸入口６１０と高温排出口６１５とを全開とする。この状態では全量吸入口６１０から吸入された冷却水の全量は高温排出口６１５に流れる。

低温弁６１は６０℃〜６５℃でそれらの低温排出口６１４及び高温排出口６１５を開閉する。高温弁６２は７０℃〜７５℃でそれらの低温排出口６２４及び高温排出口６２５を開閉する。

ラジエータ６３は冷却水の熱を大気に放熱するためのもので、水冷式エンジンに通常用いられているものである。廃熱回収器６４は冷却水と冷媒間で熱交換を行う液−液熱交換器である。ウオータポンプ６５はエンジンにより駆動されるポンプで冷却水を循環駆動する。ブレッシャキャップ６７は冷却水の蒸気圧を規制するものであり、リザーブ６８は冷却水の補給を行う装置である。

なお、回収通路１２には、ウオータポンプ６５、排気ガス熱交換器２３及びマニホールド冷却装置２２が設けられ、冷却水の送水、エンジン廃熱の冷却水による回収がなされる。

なお、本実施例の冷却水回路１は図１に示す冷却水回路と基本構造が同じものである。

本実施例の冷却水回路１の冷却水の流れを冷却水の温度との関係で説明する。

水冷エンジン２を始動するとエンジン２によりウオータポンプ６５が駆動され冷却水が供給通路１１から供給され、最後に回収通路１２に戻って冷却水回路１を流れる。

冷却水が６０℃より低い場合、低温弁６１はその全量吸入口６１０と低温排出口６１４とを開いて連通している。このため、供給通路１１の冷却水は低温弁６１を通って直ちに回収通路１２に戻る。なお、一部の冷却水が供給通路１１からバイパス通路１５を通り回収通路１２に戻る。このため廃熱回収器６４にはバイパス通路１５を介して流れる冷却水が供給される。回収通路１２では、排気ガス熱交換器２３及びマニホールド冷却装置２２を通り、排気ガスにより加熱され、さらにガスエンジン２のシリンダブロック（図示せず）をとおり、加熱される。

なお、冷却水が６０℃より低いため、低温弁６１の高温排出口６１５は開いていない。このため供給通路１１から第二供給通路１１０へ冷却水は供給されない。また、高温弁６２はその閾温度が７０℃〜７５℃であるため、その高温排出口６２５は閉じている。このためバイパス通路１５から供給される冷却水もラジエータ６３には供給されない。従って、冷却水温度が６０℃以下では、ラジエータ６３には冷却水が送られず、廃熱回収器６４にはバイパス通路１５を介して冷却水が送られ、大部分の冷却水は供給通路１１から回収通路１２に流れて循環する。回収通路１２を流れる冷却水は、排気ガス熱交換器２３、マニマニホールド冷却装置２２及びシリンダブロックにより加熱される。

冷却水温度が６０℃以上になると低温弁６１の低温排出口６１４が閉じ始め高温排出口６１５が開き始める。冷却水温度が６５℃以上になると、低温弁６１の低温排出口６１４が全閉し、高温排出口６１５が全開する。低温排出口６１４が閉じることにより、供給通路１１から直接回収通路１２に戻る冷却水は無くなる。そして、低温弁６１の高温排出口６１５を通って、冷却水は供給通路１１から第二供給通路１１０に流れる。高温弁６２では低温排出口６２４が開口し、高温排出口６２５が閉じている。このため第二供給通路１１０の冷却水は高温弁６２の低温排出口６２４を通り、廃熱回収器６４を通る廃熱回収通路１３に流れる。そして、最後に回収通路１２に戻る。この場合も、一部の冷却水はバイパス通路１５より廃熱回収器６４に流れる。すなわち、全ての冷却水が廃熱回収器６４を通ることになる。

冷却水温度が７０℃以上になると、高温弁６２の低温排出口６２４が閉じ始め、高温排出口６２５が開き始める。このため供給通路１１の冷却水は低温弁６１の高温排出口６１５を通って第二供給通路１１０に流れ、そこから高温弁６２の高温排出口６２５を通って、ラジエータ通路１４に入り、ラジエータ６３内を冷却水が流れる。ラジエータ６４による放熱のため冷却水は冷却されてその温度が低下する。温度が低くなった冷却水は回収通路１２に戻る。冷却水温度が７５℃以上では、高温弁６２の低温排出口６２４が全閉し、高温排出口６２５が全開する。このため第二供給通路１１０に供給された冷却水は、すべてラジエータ通路１４に入り、廃熱回収通路１３には流れない。

冷媒回路４はエンジン２により駆動される２台のコンプレッサ３とオイルセパレータ７１と四方切替弁７２と室内機熱交換器７３と室内機膨張弁７４と室外機膨張弁７５と室外機熱交換器７６とアキュムレータ７７とサブ液弁７８及び廃熱回収器６４とを持つ。２台のコンプレッサ３は並列に配置され、エンジン２の出力プーリー２１に架装された駆動ベルト３１により駆動され、冷媒ガスを断熱圧縮して高温高圧の冷媒ガスとするものである。

冷媒回路４は、それぞれのコンプレッサ３の吐出口３１と四方弁７２の流入口７２０とを結ぶ供給通路４１と、四方弁７２の流出口７２３とコンプレッサ３の吸入口３２とを結ぶ回収通路４２と、四方弁７２の第１開口７２１と第２開口７２２とを両端として室内機熱交換器７３、室内機膨張弁７４、室外機膨張弁７５及び室外機熱交換器７６を直列で結ぶ熱交換通路４３と、廃熱回収器６４を通り熱交換通路４３と回収通路４２を結ぶ廃熱回収通路４４を持つ。

供給通路４１にはオイルセパレータ７１が設けられ、分離されたオイルはオイル回収通路４５を介して回収通路４２に戻される。回収通路４２にはアキュムレータ７７が設けられている。このアキュムレータ７７は液状の冷媒を貯留すると共に気体状の冷媒をコンプレッサ３に戻すものである。

熱交換通路４３は四方弁７２の第１開口７２１とスピンドルバルブ７８を介して室内機交換機７３とを結ぶ第１熱交換通路部４３１と、室内機膨張弁７４、スピンドルバルブ７８、室外機膨張弁７５を介して室内機熱交換器７３と室外機熱交換器７６とを結ぶ第２熱交換通路部４３２と、室外機熱交換器７６と四方弁７２の第２開口７２２とを結ぶ第３熱交換通路部４３３とからなる。室内機膨張弁７４は第２熱交換通路部４３２を室内機熱交換器７３から室外機熱交換器７６に冷媒が流れる時に膨張弁として機能する。逆に、室外機膨張弁７５は第２熱交換通路部４３２を室外機熱交換器７６から室内機熱交換器７３に冷媒が流れる時に膨張弁として機能する。

廃熱回収通路４４は、サブ液弁７９を介して第２熱交換通路部４３２と廃熱回収器６４とを結ぶ第１廃熱回収通路部４４１と、廃熱回収器６４と回収通路４２とを結ぶ第２廃熱回収通路部４４２とからなる。サブ液弁７９は廃熱回収通路４４に流れる液状の冷媒の流量を制御する弁である。ここでは、外気温度が冷媒の温度より低い場合、サブ液弁７９の流量を増やし、高い場合はサブ液弁７９の流量を減らすように調整されている。

この水冷エンジンヒートポンプの室内機熱交換器７３及び室内機膨張弁７４は通常空調すべき室内に配置され、エンジン２、コンプレッサ３等の他の部分は室外に配置される。本実施例の水冷エンジンヒートポンプは以上説明した構成を持つ。

次にこの水冷エンジンヒートポンプの機能を説明する。

この水冷ヒートポンプを暖房に使用する場合、四方弁７２の弁を、四方弁７２の流入口７２０と第１開口７２１とを連通させると共に、四方弁７２の第２開口７２２と流出口７２３とを連通させるように切り替える。これによりコンプレッサ３で断熱圧縮された高圧の冷媒は、供給通路４１のオイルセパレータ７１を通り、四方弁７２を介して第１熱交換通路部４３１に流れ、室内機熱交換器７３に入る。この室内機熱交換器７３で冷媒の熱は室内の空気に伝達され、冷媒の温度が下がる。逆に室内の空気は加熱されて暖房される。室内機熱交換器７３を出た冷媒は室内機膨張弁７４を通って、断熱膨張させられ、冷媒の温度が冷却されて一部が液化すると共に冷媒の温度は低くなる。一部が液化した冷媒は第２熱交換通路部４３２を通って室外機熱交換器７６に入る。この室外機熱交換器７６で外気の熱を冷媒に伝える。これにより冷媒は加熱され液状の冷媒は気化して気体となる。気体となった冷媒は四方弁７２を介して回収通路４２に入り、アキュムレータ７７で気液分離されてガス状の冷媒のみがコンブレッサ３に戻る。また、第２熱交換通路部４３２に流れる液状の冷媒は廃熱回収通路４４に流れる。すなわち、第２熱交換通路部４３２の液状の冷媒の一部が、サブ液弁７９を通って廃熱回収器６４に入り、回収通路４２に流れる。廃熱回収器６４では液状の冷媒が加熱されて気化しガス状の冷媒となる。

廃熱回収器６４で回収される熱量は冷却水温度で大きく変動する。この実施例では、冷却水温度が６０℃より低い温度では低温弁６１により冷却水は供給通路１１から第二供給通路１１０に供給されない。このため廃熱回収器６４にはバイパス通路１５を通る冷却水のみが供給される。冷却水温度が６０℃以上になると低温弁６１の高温排出口６１５が開き始め、冷却水は供給通路１１から第二供給通路１１０に供給され始める。冷却水温度が６５℃以上で７０℃より低い温度では全ての冷却水が廃熱回収器６４を通る。冷却水温度が７０℃以上では第二供給通路１１０の冷却水は高温弁６２の高温排出口６２５を通ってラジエータ６３に流れ始め、廃熱回収器６４に流れる冷却水は減少し始める。冷却水温度が７５℃以上では、廃熱回収器６４に流れる冷却水はバイパス通路１５を流れる冷却水のみとなる。

暖房運転では室外機熱交換器７６及び廃熱回収器６４で外気及び冷却水から冷媒に取り入れた熱が室内機熱交換器７３で室内の空気を加熱するのに使用される。

次に冷房に使用する場合を説明する。まず四方弁７２の弁を、四方弁７２の流入口７２０と第２開口７２２とを連通させると共に、四方弁７２の第１開口７２１と流出口７２３とを連通させるように切り替える。これによりコンプレッサ３で断熱圧縮された高温高圧の冷媒は、供給通路４１から四方弁７２を介して第３熱交換通路部４３３に流れ、室外機熱交換器７６に入る。この室外機熱交換器７６で冷媒の熱は室外の空気に伝達され、冷媒の温度が下がる。室外機熱交換器７６を出た冷媒は室外機膨張弁７５を通って、断熱膨張させられ、冷媒の温度が冷却されて一部が液化すると共に冷媒の温度は低くなる。一部が液化した冷媒は第２熱交換通路部４３２を通って室内機熱交換器７３に入る。この室内機熱交換器７３で室内の空気を冷却し、冷媒は逆に加熱され、液状の冷媒は気化して気体となる。気体となった冷媒は四方弁７２を介して回収通路４２に入り、アキュムレータ７７で気液分離されてガス状の冷媒のみがコンブレッサ３に戻る。また、第２熱交換通路部４３２に流れるガス状の冷媒はサブ液弁７９により阻止され廃熱回収通路４４には流れない。

本冷却回路では、常に廃熱回収器６４に冷却水が流れている。外気温の低い状態での冷房運転においては、室内機熱交換器７３の温度が下がりすぎると室内機熱交換器７３の凍結防止のために、ＯＮ−ＯＦＦ制御を行って断続運転しなければならない。しかし、サブ液弁７９を開くことで、冷媒回路４の低圧側に熱を与えることができ、室内機熱交換器７３が凍結するのを防止できるので、連続運転が可能となる。

冷房運転では、室外機熱交換器７６で冷媒の熱が外気に伝達され、室内機熱交換器７３で室内の熱が冷媒に伝達され、室内の温度が低下する。

次に、本実施例の水冷エンジンヒートポンプを、外気温が−５℃で、室外機熱交換器７６による熱の汲み上げが十分にできない状態で、暖房のためにエンジンを起動したときの、エンジン始動後の経過時間０〜１０分間のエンジン回転数、冷却水温度及び冷媒低圧の試験結果を説明する。

なお、比較のために、実施例の水冷エンジンヒートポンプでバイパス通路１５のみを閉鎖した比較例の水冷エンジンヒートポンプを作り、同じ外気温が−５℃で、室外機熱交換器７６による熱の汲み上げが十分にできない状態で、暖房のためにエンジンを起動したときの、時間経過０〜１０分間のエンジン回転数、冷却水温度及び冷媒低圧の試験結果を求めた。

得られ結果を表１、図１０、図１１及び図１２に示す。なお、バイパスなしは比較例の水冷エンジンヒートポンプの値であり、バイパスありは本実施例の水冷エンジンヒートポンプの値を示す。図１０は起動後の経過時間とエンジン回転数との関係を示す線図であり、図１１は起動後の経過時間と冷却水水温との関係を示す線図であり、図１２は起動後の経過時間と冷媒低圧の関係を示す線図である。

実施例及び比較例の水冷エンジンヒートポンプも共に、エンジンを起動すると１分後にエンジン回転数は１０００回転／分となり、冷媒低圧はいずれも、０．６５Ｍｐａから０．３Ｍｐａに低下した。冷却水温度は、実施例のものが−５℃から０℃に、比較例のものが−５℃から５℃に変化し、比較例の水冷エンジンヒートポンプの冷却水温度がより高くなっている。

経過時間２分になると、実施例ではエンジン回転数が１１００回転／分と上がり始め、実施例では２分から９分までエンジンの回転数は増加を続け、９分後に２３００回転／分と一定となった。此に対して比較例では、２分から６分まで１０００回転／分と低速回転を維持し、６分経過後回転数の増加が見られ１０分経過時のエンジン回転数は１８００回転／分であった。

冷却水温度は、実施例では、０分から５分まで、初期は冷却水の温度上昇速度が遅く後半には急速な温度上昇を示し、５分後に６０℃となりその後６０℃を維持した。

これに対して、比較例では０分から７分までほぼ一定の温度上昇を示し、７分後に６０℃となりその後６０℃を維持した。

実施例と比較例を比較すると、０分から３分までは、実施例の冷却水の温度が比較例の冷却水の温度より低く、３分経過後に、両者は２５℃と等しくなり、その後３分から７分までは、実施例の冷却水の温度が比較例の冷却水の温度より高かった。

冷媒低圧では、実施例及び比較例共に、１分経過した後さらに冷媒低圧は低下して最低とよりも高く、１０分経過時には、実施例の冷媒低圧は０．６６Ｍｐａに対して、比較例の冷媒低圧は０．５Ｍｐａにすぎない。

冷媒低圧が高くなるとエンジンの回転数を高めることができる。図１０の実施例のエンジン回転数の増加は、図１２の実施例の冷媒低圧の圧力増加と対応している。

冷媒低圧では２分経過後、実施例の冷媒低圧は比較例の冷媒低圧より低い。このことは、エンジンで駆動されるコンプレッサ３に送られる冷媒のガス圧が、実施例では高く、比較例では低いことを意味する。すなわち、実施例ではより高圧の冷媒ガスがコンプレッサに送られ、しかもエンジンの回転数が高いため、より多量の冷媒ガスがコンプレッサで断熱圧縮される。このためより多量の高温高圧の冷媒が室内機熱交換器７３に送られ、エンジン起動後より短時間で室内機熱交換器７３より温風が得られることになる。

なお、エンジン起動後、３分以内の冷却水温度が低いのは、バイパス通路１５を通って流れる冷却水が廃熱回収器６４でおよそ−２０℃の冷媒に熱を渡すためである。実施例では、エンジンの起動に伴う冷却水温度の上昇がバイパス通路での冷媒による冷却のため比較例よりも一時的に低くなる。しかし、図１０よりも明らかなように、実施例のエンジン回転数は比較例のものより高い。すなわち、単位時間あたりより多くの燃料を実施例のものは消費し、単位時間あたり実施例の冷却水はより多くの熱量をエンジンから供給されている。

実施例のものでは冷却水により多くの熱量がエンジンより供給されるため冷媒低圧が高く、より多量の冷媒ガスがコンプレッサで断熱圧縮される。このためより多量の高温高圧の冷媒が室内機熱交換器７３に送られ、エンジン起動後より短時間で室内機熱交換器７３より温風が得られることになる。

従って、本実施例の水冷エンジンヒートポンプに示したように、外気温度が低く、室外機熱交換器７６による吸熱が期待できない場合、エンジン駆動によるエンジン廃熱回収が高くなり、より短時間に室内機熱交換器７３による加温が可能となる。

本実施例では、特定の冷却水回路及び冷媒回路について説明したが、この実施例のものに限られることはなく、従来から知られている冷却水回路にバイパス通路を設けたり、あるいは従来から知られている冷媒回路を採用することもできる。

本発明に係る冷却水回路を示す。本発明に係る他の冷却水回路を示す。本発明に係る他の冷却水回路を示す。本発明に係る他の冷却水回路を示す。本発明に係る他の冷却水回路を示す。本発明に係る他の冷却水回路を示す。本発明に係る他の冷却水回路を示す。本発明に係る他の冷却水回路を示す。本発明の実施例の水冷エンジンヒートポンプの基本構成図である。本発明の実施例の水冷エンジンヒートポンプ及び比較例の水冷エンジンヒートポンプのエンジン起動後の経過時間とエンジン回転数との関係を示す線図である。本発明の実施例の水冷エンジンヒートポンプ及び比較例の水冷エンジンヒートポンプのエンジン起動後の経過時間と冷却水水温との関係を示す線図である。本発明の実施例の水冷エンジンヒートポンプ及び比較例の水冷エンジンヒートポンプのエンジン起動後の経過時間と冷媒低圧との関係を示す線図である。

符号の説明

１：冷却水回路２：ガスエンジン３：コンプレッサ
４：冷媒回路１１：供給通路１２：回収通路
１３：廃熱回収通路１４：ラジエータ通路
１５：バイパス通路（バイパス回路）
１６：水路抵抗２５：冷却水吐出口２６：冷却水吸入口
１１０：第二供給通路１２０：第二回収通路
１５０：第二バイパス通路（バイパス回路）６１：低温弁
６１０：全量吸入口６１１：低温吸入口６１２：高温吸入口
６１３：全量排出口６１４：低温排出口６１５：高温排出口
６２：高温弁６２０：全量吸入口６２１：低温吸入口
６２２：高温吸入口６２３：全量排出口６２４：低温排出口
６２５：高温排出口６３：ラジエータ６４：廃熱回収器
６５：ウオータポンプ７３：室内機熱交換器７４：室内機膨張弁
７５：室外機膨張弁７６：室外機熱交換器７７：アキュムレータ
７９：サブ液弁

Claims

水冷式のエンジンと該エンジンにより駆動される冷媒圧縮用のコンプレッサと冷媒用熱交換機と該エンジンの熱を冷媒に伝えるための廃熱回収装置とをもち、
前記廃熱回収装置は前記エンジンを冷却するための冷却水回路と該コンプレッサにより圧縮される冷媒を循環する冷媒回路と該冷却水回路及び該冷媒回路に連結され該冷却水の熱を該冷媒に伝える廃熱回収器と該冷却水回路を循環する冷却水の温度が所定値よりも低い低温運転状態において該廃熱回収器への冷却水の送水を停止する停止手段とを持つ水冷エンジンヒートポンプであって、
前記冷却水回路は前記停止手段をバイパスして前記廃熱回収器に冷却水を送水するバイパス回路を有することを特徴とする水冷エンジンヒートポンプ。
前記バイパス回路には、該バイパス回路を流れる水量を規制する水路抵抗が設けられている請求項１記載の水冷エンジンヒートポンプ。
前記停止手段は所定の低温で弁を開閉する低温弁であり、前記冷却水回路はさらにラジエータと該ラジエータへの前記冷却水の送水の開閉を該所定の低温より高い所定の高温で弁を開閉する高温弁とをもつ請求項１または２に記載の水冷エンジンヒートポンプ。
前記低温弁は、冷却水を吸入する吸入口と、第１の温度より低い温度で前記吸入口から吸入された冷却水の全量を排出する低温口と、前記第１の温度以上である第２の温度以上の温度で前記吸入口から吸入された冷却水の全量を排出する高温口と、を備えており、
前記高温弁は、冷却水を吸入する吸入口と、第３の温度より低い温度で前記吸入口から吸入された冷却水の全量を排出する低温口と、前記第３の温度以上である第４の温度以上の温度で前記吸入口から吸入された冷却水の全量を排出する高温口と、を備えており、
前記冷却水回路は前記エンジンの冷却水吐出口と前記低温弁の吸入口とを結ぶ供給通路と、該低温弁の低温口と該エンジンの冷却水吸入口とを結ぶ回収通路と、該低温弁の高温口と前記高温弁の吸入口とを結ぶ第二供給通路と、前記廃熱回収器を通り該高温弁の低温口と該回収通路とを結ぶ廃熱回収通路と、前記ラジエータを通り該高温弁の高温口と該回収通路とを結ぶラジエータ通路とを持ち、前記バイパス回路は該供給通路と該廃熱回収器の供給口とを結ぶバイパス通路である請求項３記載の水冷エンジンヒートポンプ。
前記低温弁は、冷却水を吸入する吸入口と、第１の温度より低い温度で前記吸入口から吸入された冷却水の全量を排出する低温口と、前記第１の温度以上である第２の温度以上の温度で前記吸入口から吸入された冷却水の全量を排出する高温口と、を備えており、
前記高温弁は、冷却水を排出する排出口と、第３の温度より低い温度で前記排出口から排出する冷却水の全量を吸入する低温口と、前記第３の温度以上である第４の温度以上の温度で前記排出口から排出する冷却水の全量を吸入する高温口と、を備えており、
前記冷却水回路は前記エンジンの冷却水吐出口と前記低温弁の吸入口とを結ぶ供給通路と、前記低温弁の低温口と前記エンジンの冷却水吸入口とを結ぶ回収通路と、前記廃熱回収器を通り該低温弁の高温口と前記高温弁の低温口とを結ぶ廃熱回収通路と、前記ラジエータを通り該低温弁の高温口と該高温弁の高温口とを結ぶラジエータ通路と、該高温弁の排出口と該回収通路とを結ぶ第二回収通路とを持ち、前記バイパス回路は該供給通路と該廃熱回収器の供給口とを結ぶ第一バイパス通路と該廃熱回収器の流出口と該回収通路及び該第二回収通路のいずれか一方とを結ぶ第二バイパス通路とからなる請求項３記載の水冷エンジンヒートポンプ。
前記低温弁は、冷却水を吸入する吸入口と、第１の温度より低い温度で前記吸入口から吸入された冷却水の全量を排出する低温口と、前記第１の温度以上である第２の温度以上の温度で前記吸入口から吸入された冷却水の全量を排出する高温口と、を備えており、
前記高温弁は、冷却水を吸入する吸入口と、第３の温度より低い温度で前記吸入口から吸入された冷却水の全量を排出する低温口と、前記第３の温度以上である第４の温度以上の温度で前記吸入口から吸入された冷却水の全量を排出する高温口と、を備えており、
前記冷却水回路は前記エンジンの冷却水吐出口と前記高温弁の吸入口とを結ぶ供給通路と、該高温弁の低温口と該低温弁の吸入口とを結ぶ第二供給通路と、該低温弁の低温口と該エンジンの冷却水吸入口とを結ぶ回収通路と、前記廃熱回収器を通り該低温弁の高温口と該回収通路とを結ぶ廃熱回収通路と、前記ラジエータを通り該高温弁の高温口と該回収通路とを結ぶラジエータ通路とを持ち、前記バイパス回路は該供給通路と該廃熱回収器の供給口とを結ぶバイパス通路である請求項３記載の水冷エンジンヒートポンプ。
前記低温弁は、冷却水を排出する排出口と、第１の温度より低い温度で前記排出口から排出する冷却水の全量を吸入する低温口と、前記第１の温度以上である第２の温度以上の温度で前記排出口から排出する冷却水の全量を吸入する高温口と、を備えており、
前記高温弁は、冷却水を吸入する吸入口と、第３の温度より低い温度で前記吸入口から吸入された冷却水の全量を排出する低温口と、前記第３の温度以上である第４の温度以上の温度で前記吸入口から吸入された冷却水の全量を排出する高温口と、を備えており、
前記冷却水回路は前記エンジンの冷却水吐出口と前記高温弁の吸入口とを結ぶ供給通路と、該高温弁の低温口と該低温弁の低温口とを結ぶ第二供給通路と、該低温弁の排出口と該エンジンの冷却水吸入口とを結ぶ回収通路と、前記廃熱回収器を通り該第二供給通路と該低温弁の高温口とを結ぶ廃熱回収通路と、前記ラジエータを通り該高温弁の高温口と該低温弁の高温口とを結ぶラジエータ通路とを持ち、前記バイパス回路は該供給通路と該第二供給通路とを結ぶ第一バイパス通路と該廃熱回収器の下流側の該廃熱回収通路と該回収通路とを結ぶ第二バイパス通路とからなる請求項３記載の水冷エンジンヒートポンプ。
前記低温弁は、冷却水を排出する排出口と、第１の温度より低い温度で前記排出口から排出する冷却水の全量を吸入する低温口と、前記第１の温度以上である第２の温度以上の温度で前記排出口から排出する冷却水の全量を吸入する高温口と、を備えており、
前記高温弁は、冷却水を排出する排出口と、第３の温度より低い温度で前記排出口から排出する冷却水の全量を吸入する低温口と、前記第３の温度以上である第４の温度以上の温度で前記排出口から排出する冷却水の全量を吸入する高温口と、を備えており、
前記冷却水回路は前記エンジンの冷却水吐出口と前記低温弁の低温口とを結ぶ供給通路と、該低温弁の排出口と該エンジンの冷却水吸入口とを結ぶ回収通路と、前記廃熱回収器を通り該供給通路と前記高温弁の低温口とを結ぶ廃熱回収通路と、前記ラジエータを通り該供給通路と該高温弁の高温口とを結ぶラジエータ通路と、該高温弁の排出口と該低温弁の高温口とを結ぶ第二回収通路とを持ち、前記バイパス回路は該廃熱回収器の下流側の該廃熱回収通路と該回収通路とを結ぶバイパス通路である請求項３記載の水冷エンジンヒートポンプ。
前記低温弁は、冷却水を排出する排出口と、第１の温度より低い温度で前記排出口から排出する冷却水の全量を吸入する低温口と、前記第１の温度以上である第２の温度以上の温度で前記排出口から排出する冷却水の全量を吸入する高温口と、を備えており、
前記高温弁は、冷却水を吸入する吸入口と、第３の温度より低い温度で前記吸入口から吸入された冷却水の全量を排出する低温口と、前記第３の温度以上である第４の温度以上の温度で前記吸入口から吸入された冷却水の全量を排出する高温口と、を備えており、
前記冷却水回路は前記エンジンの冷却水吐出口と前記低温弁の低温口とを結ぶ供給通路と、前記供給通路と前記高温弁の吸入口とを結ぶ第二供給通路と、該低温弁の排出口と該エンジンの冷却水吸入口とを結ぶ回収通路と、前記廃熱回収器を通り該高温弁の低温口と該低温弁の高温口とを結ぶ廃熱回収通路と、前記ラジエータを通り該高温弁の高温口と該低温弁の高温口とを結ぶラジエータ通路とを持ち、前記バイパス回路は該供給通路と該廃熱回収器の上流側の該廃熱回収通路とを結ぶ第一バイパス通路と該廃熱回収器の下流側の該廃熱回収通路と該回収通路とを結ぶ第二バイパス通路とからなる請求項３記載の水冷エンジンヒートポンプ。
前記低温弁は、冷却水を排出する排出口と、第１の温度より低い温度で前記排出口から排出する冷却水の全量を吸入する低温口と、前記第１の温度以上である第２の温度以上の温度で前記排出口から排出する冷却水の全量を吸入する高温口と、を備えており、
前記高温弁は、冷却水を排出する排出口と、第３の温度より低い温度で前記排出口から排出する冷却水の全量を吸入する低温口と、前記第３の温度以上である第４の温度以上の温度で前記排出口から排出する冷却水の全量を吸入する高温口と、を備えており、
前記冷却水回路は前記エンジンの冷却水吐出口と前記低温弁の低温口とを結ぶ供給通路と、該低温弁の排出口と前記高温弁の低温口とを結ぶ第二回収通路と、該高温弁の排出口と該エンジンの冷却水吸入口とを結ぶ回収通路と、前記廃熱回収器を通り該供給通路と該低温弁の高温口とを結ぶ廃熱回収通路と、前記ラジエータを通り該供給通路と該高温弁の高温口とを結ぶラジエータ通路とを持ち、前記バイパス回路は該廃熱回収器の下流側の該廃熱回収通路と該回収通路とを結ぶバイパス通路である請求項３記載の水冷エンジンヒートポンプ。
前記低温弁は、冷却水を吸入する吸入口と、第１の温度より低い温度で前記吸入口から吸入された冷却水の全量を排出する低温口と、前記第１の温度以上である第２の温度以上の温度で前記吸入口から吸入された冷却水の全量を排出する高温口と、を備えており、
前記高温弁は、冷却水を排出する排出口と、第３の温度より低い温度で前記排出口から排出する冷却水の全量を吸入する低温口と、前記第３の温度以上である第４の温度以上の温度で前記排出口から排出する冷却水の全量を吸入する高温口と、を備えており、
前記冷却水回路は前記エンジンの冷却水吐出口と前記低温弁の吸入口とを結ぶ供給通路と、該低温弁の低温口と該エンジンの冷却水吸入口とを結ぶ回収通路と、前記廃熱回収器を通り該供給通路と該高温弁の低温口とを結ぶ廃熱回収通路と、前記ラジエータを通り該供給通路と該高温弁の高温口とを結ぶラジエータ通路と、該高温弁の排出口と該回収通路とを結ぶ第二回収通路とを持ち、前記バイパス回路は該供給通路と廃熱回収器の上流側の該廃熱回収通路とを結ぶ第一バイパス通路と該廃熱回収器該の下流側の該廃熱回収通路と該回収通路とを結ぶ第二バイパス通路とからなる請求項３記載の水冷エンジンヒートポンプ。